降雨冲刷下黄土堆填边坡土水参数变化规律

黄土区城市工程建设产生了大量黄土堆填边坡,因其结构松散,缺乏必要防护,水土流失严重。该研究基于野外调查,设计室内堆填边坡降雨冲刷模型试验,分析其侵蚀破坏过程中含水率和基质吸力的响应变化规律,结合水土动力学原理,分析了降雨切沟侵蚀阶段沟坡坍塌破坏机理,并揭示了坡度对侵蚀产沙量的影响。结果表明:1)随坡度增大,坡顶含水率饱和速率加快,边坡基质吸力响应速率先增后减,且在40°范围内响应速率最快,在此坡度附近需更加注重坡面防护和坡脚排水。2)切沟侵蚀阶段,沟坡坍塌破坏为水力-重力复合侵蚀过程,且坡度越大,越容易达到临界破裂角,沟坡重力侵蚀现象越普遍。3)黄土堆填边坡在极端降雨条件下,其临界坡度在41°附近。该研究成果可为黄土区工程堆积体的地质灾害防治及水土流失综合治理提供理论支持。

用盘式负压入渗仪数据计算土壤导水参数

本研究提出了用盘式负压入渗仪 (Discinfiltrometer)测定的入渗数据计算土壤导水参数的一种新方法 .该方法可以用大于 10min入渗时间的任何入渗率数据计算土壤导水参数 .一种迅速准确的数值迭代法被用于解所得的高度非线形的方程组 .新方法所计算的土壤导水参数与实验室测定数据比较吻合 ,与其他计算方法相比 ,新方法所得到的导水率与宏观毛管上升高度准确合理 .

室内基于土壤水分再分布过程推求紫色土导水参数

选择三峡库区3种不同质地的紫色土,室内通过土壤水分再分布试验,探讨基于土壤水分再分布过程推求导水参数对于紫色土的适用性。结果显示,结合土壤水分垂直和水平再分布过程推求的紫色土水分扩散率与实测值具有很好的一致性,但推求的非饱和导水率偏差较大。然而,选用单一的土壤水分再分布过程结合实测水分特征曲线推求的紫色土非饱和导水率与实测值具有良好的一致性。湿润锋湿度与湿润剖面平均湿度不同函数关系对推求非饱和导水率和水分扩散率差异不明显。此外,基于土壤水分再分布过程推求导水参数方法比较适合低湿土壤的非饱和导水参数推求。

根据土壤水分特征曲线推求土壤的导水参数

本文中描述了土壤水分特征曲线的一个相对简单的幂函数方程。当把这一方程代入Burdine或Mualem的预报土壤导水率的模式后,可以得到相对导水率的分析解。相对导水率的表达式中仅包含一个参数,该参数用实验资料拟合水分特征曲线模型而得到。并结合特征曲线方程,给出了土壤水分扩散率的表达式。从Burdine和Mualem模式获得分析解的结果,与具有较宽范围导水性质的四种土壤的导水参数实测资料进行了比较。非饱和土壤导水率的预报结果良好;土壤水分扩散率的预报结果对其中三种土壤良好。

土壤导水参数的温度效应及其数学模式

本文对非饱和土壤导水参数包括土壤水分特征曲线ｈ（θ），土壤水分扩散率Ｄ（θ）及土壤非饱和导水率Ｋ（θ）的温度效应进行了定量研究，在此基础上应用表面张力──粘滞流理论（ＳＴＶＦ），Ｇ（θ）因子函数及Ｐｈｉｌｉｐ扩散理论对其温度效应的机理进行了分析。

四种方法推求土壤导水参数的差别与准确性研究

利用土壤水分特征曲线拟合公式和实测的饱和导水率间接推求土壤非饱和导水参数K(θ)和D(θ)是目前大多数水文模型普遍采用的方法。以长武黑垆土为例,对其中比较流行的Broadbrige-White模型、VanGenuchten模型、Burdine模型和Mualem模型推求土壤导水参数的差别和准确性进行了比较分析。结果发现:在较高含水量范围内,4种方法推求的土壤导水参数与实测值相差很小,具有较高精度;用4种方法计算土壤水分扩散率D精度要明显高于对非饱和土壤导水率K计算精度;对黑垆土而言,用Broadbrige-White模型推求的土壤非饱和导水参数K和D精度最高。

用一步出流法测定土壤的导水参数

采用一次加压出流法测定土壤水分运动参数——土壤水扩散率的方法,结合逐次加压法,测定土壤水分特征曲线,便可求出土壤的非饱和导水率K(θ),方法简便,概念明确,仪器设备简单,一次试验可以同时测得非饱和土壤水分运动的全部参数。

新疆干旱内陆河灌区棉花膜下滴灌最优灌水参数的选定

通过对棉花生育期的监测实验数据分析，研究了滴灌条件下不同灌水量对土壤盐分变化的影响及不同灌水量和灌水频率对棉花产量的影响。结果表明，灌水量对棉田盐分和产量的影响十分显著，其次是灌水周期。土壤盐分含量随着距滴头距离的增加而增加，在水平方向距滴头50cm以内基本无明显的盐分累积情况。并从以下几个方面对灌水参数进行选定：①通过棉花生育期前后土壤盐分变化来确定最优的洗盐模式；②通过棉花产量分析选择最优灌溉模式；③综合洗盐和产量因素确定最优灌水参数。最终得出最优灌水参数为：灌水周期为7d（即灌水次数为12次），灌水定额为3900m^3/hm^2的处理方案。

测定尺度对所测土壤导水参数及其空间变异性的影响

用 3种盘径 (14.4,2 0 ,30cm)的负压入渗仪在 2个供水负压 (1和 10cm)下 ,在 65个测点测定了田间水分入渗。基于入渗数据 ,计算了宏观毛管上升高度和 2个基模吸力的导水率。导水率和宏观毛管上升高度的值呈对数正态分布。用大盘径负压入渗仪测定获得的导水率和宏观毛管上升高度的空间连续性最好。当供水负压为 1cm ,盘径为 14.4cm(小盘径 ) ,导水率和宏观毛管上升高度的空间连续性没有表现出来。导水率的均值随测定尺度增加而趋于减少 ,宏观毛管上升高度的均值和标准偏差均随测定尺度增加而趋于减小。导水率和宏观毛管上升高度的样本半方差 ,半方差金砖方差 (nugget)和平台方差 (sill)

水井调剖半径与地层吸水参数关系式的确定

针对濮城油田注水井调剖的实际情况 ,统计分析了大量调剖半径、地层吸水参数等资料 ,根据注水井调剖的基本原理 ,导出了调剖措施半径与地层吸水参数之间的关系式 ,并由此求得了确定措施半径的经验公式。经应用验证 ,与实际情况吻合 。

基于回归理论的烧结混合料加水参数估计

针对烧结混合过程加水量的控制参数未知,凭经验加水离散度大的问题,通过现场采集各配料仓实时物料下料量、加水流量和混合料水分百分含量测量值,基于多元线性回归理论,对各物料加水参数进行估计,建立加水回归模型。之后,现场采集选取样品,按照配料工艺的物料配比进行配料,并依据模型计算的加水量进行加水,再用烘干称重法获得所配混合料的水分百分含量值。结果表明,按所估计加水参数混合后的混合料水分含量与目标水分含量相比误差小于±0.3%,标准偏差小于0.3%,并进一步通过现场实验,证明所构建的加水预测控制模型可以满足工艺控制要求。

汕头市水质自动监测系统水参数数据显著性差异检验探讨

对于汕头市韩江流域大衙子站地表水的溶解氧，电导率，pH值，温度于中控室及采样口同步实测的数据进行显著性差异数据统计分析检验（显著性水平为0．05，置信度为95％），从而检验采样水从采水口经过采水管道到中控室的水的参数是否具有一致性。统计结果表明，在中控室的水的参数的监测数据能基本反映取样点的水的参数。

基于差分进化算法的无人潜航器水平面水动力参数辨识研究

针对无人潜航器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)水动力参数试验和理论计算的困难性及以往辨识方法优化结果趋于局部最优解的缺点,提出一种基于差分进化(Differential Evolution,DE)算法的UUV水动力参数辨识方法,针对“海翔500X”进行动力学建模分析的基础上,利用该方法对其水平面运动水动力参数进行辨识,与实际值进行比较后,辨识误差在允许范围之内。将辨识结果与粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法及最小二乘(Least Square,LS)算法的辨识结果进行比较,仿真结果表明,应用差分进化算法的参数辨识结果明显优于其他对比方法,证明了算法的有效性与合理性。利用辨识结果对水平回转运动进行预报,差分进化算法的预报回转轨迹与实验数据最为吻合,表明该方法可行、准确,对无人潜航器的水动力参数辨识问题具有指导意义。

基于多参数水模的磁共振成像质控方法

目的研制对MRI仪定量检测能力进行质量控制的多参数水膜,并基于这种水膜建立相应的质量控制方法。材料与方法研制多参数水模,通过多参数水模中不同的结构层内置的特征溶液表征质子密度(proton density,PD)、纵向弛豫时间(longitudinal relaxation time,T1)、横向弛豫时间(transverse relaxation time,T2)、表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC),并进行定值;然后提取水膜MRI图像目标区域灰度值、获取多域信息、通过数据拟合建立质控标定算法,并应用此质控方法对PAO、PA1两台设备进行测试。结果多参数水膜能满足对MRI设备的PD、T1、T2、ADC值质量检测。最小二乘法的T1质控分析方法对两台设备量值稳定性质控中,PAO的T1量值稳定性明显优于PA1。采用灰度卷积+BP(back propagation)神经网络算法对质控数据进行分析,提高了两台设备量值准确度质控的准确率。结论本研究自行研制的多参数水模能够对功能成像定量技术进行质控,建立了能够溯源至国际单位制的设备性能评价方法并将其标准化,构筑了我国MRI设备质控的基础。

灌水技术参数对覆膜制种玉米生长与蒸腾耗水的影响

科学高效的灌溉管理是提高水分生产力的关键。针对覆膜前后土壤水热条件有明显差异,灌水参数如何影响作物生长与耗水尚不明确的问题,本研究以制种玉米为研究对象在甘肃武威绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站进行了田间试验。设计3种滴头流量D1(2.0 L/h)、D2(2.5 L/h)、D3(3.0 L/h),5种灌水间隔时间P1(6 d)、P2(8 d)、P3(10 d)、P4(12 d)、P5(14 d),探究灌溉方案对覆膜制种玉米生长、产量和蒸腾耗水的影响。结果表明滴头流量较大和灌水间隔时间较小时制种玉米株高与叶面积指数表现更好。D1处理下,随灌水间隔时间增加株高和叶面积指数呈先增大后减小的趋势,在P2取得最大值。籽粒产量与灌水间隔时间呈现显著的二次函数关系,D1、D3处理下最大值均出现在P2。灌水间隔时间为6~10 d时D2可以获得最高的产量。单株日尺度液流速率与小时尺度液流速率均随滴头流量增大而增加,随灌水间隔时间增加而减小。D3处理小时尺度液流速率峰值比D2、D1处理分别增加85.88%~127.02%、117.80%~151.89%。灌水间隔时间由P1增加到P5时,小时尺度液流速率峰值降低23.56%~31.48%。制种玉米蒸腾量随滴头流量增大而增加。一定范围内(P1~P4),增加灌水间隔时间显著降低了全生育期耗水量。灌水间隔时间不大于10 d时,D2耗水量最低,比D1降低1.86%~4.14%,且获得更高的水分生产力。D1、D2处理均在P2处理获得最高水分生产力。为实现高效节水,滴头流量为2.5 L/h (D2)、灌水间隔时间为8~10 d是适宜干旱地区覆膜制种玉米的较优灌水方案,而灌水间隔时间为6~8 d时可以实现更高的产量和水分生产力。

红壤工程堆积体坡面径流水动力特性研究

[目的]揭示裸坡和土石混合2种典型人为扰动工程堆积体在降雨条件下的坡面径流水动力参数特征,量化堆积体侵蚀动力临界条件,进而为阐明堆积体侵蚀动力机制奠定基础。[方法]以红壤工程堆积体为研究对象,通过模拟降雨试验,开展裸坡和土石混合(20%砾石含量)堆积体在不同降雨强度条件下的径流水动力特性分析,进一步量化不同堆积体侵蚀临界动力条件,开展堆积体侵蚀内在机制研究。[结果]随降雨强度1.0 mm/min递增至2.0 mm/min,堆积体的径流由层流缓流过渡为层流急流,砾石使平均阻力系数增大1.40~3.54倍。径流剪切力和径流功率随降雨强度增大呈递增趋势,1.0 mm/min雨强时砾石作用使径流剪切力均值较裸坡下降44.99%,但≥1.5 mm/min时增大2.90%~18.50%,然而3种降雨强度下砾石均使径流功率均值较裸坡减少10.38%~68.13%,同时单位径流功率及过水断面单位能分别减少20.11%~40.45%和21.06%~37.57%。径流功率是表征堆积体侵蚀动态变化的最优参数,≤1.5 mm/min雨强时砾石抑制堆积体侵蚀,临界径流功率提高19.38%~138.12%,土体可蚀性降低79.87%~83.51%,雨强达到2.0 mm/min时,临界径流功率减小97.87%,土体可蚀性增大347.43%。[结论]降雨强度对裸坡和土石混合堆积体水动力参数均有显著影响,但随降雨强度增大砾石对堆积体侵蚀调控作用会发生改变,存在临界降雨强度。

极缓坡黄土坡面片状侵蚀及其水动力学参数特征

随着黄土高原生态文明建设的持续开展,极缓坡耕地成为当地受生产活动影响最显著的区域,其土壤侵蚀规律应得到关注。基于此,采用室内模拟降雨试验,在90 mm/h雨强、两种坡度(2.5°和5°)和两种坡长(5 m和10 m)情况下,对两种土壤(安塞土和绥德土)的片状侵蚀特征及水动力学参数的变化规律进行了研究。结果表明:与安塞土相比,绥德土的产流和径流增加速度快,有较高径流率和含沙量,且易发生细沟。安塞土在径流稳定前的平均径流率和含沙量的变化范围分别为2.76~8.61 L/min和0.80~9.26 g/L,径流稳定后两者的变化范围分别为3.76~11.69 L/min和0.46~2.88 g/L;绥德土径流稳定前后平均径流率和含沙量的范围分别为3.94~12.75 L/min、2.13~10.64 g/L和4.51~15.02 L/min、1.20~4.51 g/L。两种土壤的含沙量与径流率的关系可以用线性递减函数和含沙量作为常数两种线性关系进行表征。雷诺数和径流功率与径流率呈明显稳定的线性递增函数关系;径流流速和弗劳德数随径流率增加有较明显的增加趋势,但波动性较大;径流剪切力随径流率变化表现出很大的离散性。总体上对于片蚀,雷诺数和径流功率是最能用以表征土壤侵蚀的水动力学参数,其次是径流流速和弗劳德数,再者是径流剪切力。研究结果可为优化土壤侵蚀模型参数提供理论参考。

递增式连续降雨条件下典型山区坡面径流产沙水动力学特征

山区复杂的下垫面条件导致了山区小流域水文响应过程的复杂性,山区坡面作为山区小流域水文响应的基本单元,研究其不同下垫面条件下径流产沙水动力特征具有重要意义。为明晰山区坡面不同下垫面条件下径流水沙水动力特征,该研究选用官山河小流域作为研究对象,基于室内模拟递增式连续降雨试验方法,研究了坡度、土层厚度分布和土层底部透水性等山区坡面下垫面特性共同作用下的坡面径流产沙水动力学特征。结果表明:1)连续降雨条件下,雷诺数、水流剪切力和径流功率随着产流时间和雨强增加呈现增加趋势,Darcy-Weisbach阻力系数呈降低趋势。2)雨强增加使雷诺数均值和径流功率均值显著增加(P<0.05),设计雨强60、90、120 mm/h时的雷诺数均值、径流功率均值分别比30 mm/h的雷诺数均值、径流功率均值增加了130%、276%、366%和171%、328%、435%;坡度增加使水流剪切力均值和径流功率均值显著增加(P<0.05),坡度15°、25°的水流剪切力均值分别比坡度5°的增加了135%和187%,坡度15°、25°的径流功率均值分别比坡度5°的均值增加了224%和357%;土层厚度分布对阻力系数均值和土层底部透水的雷诺数均值、径流功率均值有显著影响(P<0.05),土层底部透水性仅对土层厚度分布为上薄下厚的雷诺数均值和水流剪切力均值有显著影响(P<0.05)。3)雨强是影响坡面产流产沙水动力特征的主导因素,对雷诺数的方差贡献率高达83.11%,水流剪切力主要受到雨强和坡度的影响,累计贡献率达67.64%,径流功率主要受到雨强和坡度的影响,累计贡献率达80.58%。在单一雨强条件下,坡度和土层厚度分布是影响水动力参数的主要因素,土层厚度分布和坡度的交互作用、土层底部透水性和土层厚度分布的交互作用对水动力参数也有一定影响。因此,在研究坡面产流产沙规律时,除考虑雨强和坡度外,还应兼顾考虑土层厚度分布和土层底部透水性及其交互作用的影响。该研究结果可为山区坡面复杂下垫面条件下的坡面产流产沙机理提供一定的理论支撑,并为改进山区小流域水文过程分布式模拟提供参数率定依据。

水下机器人水动力参数CFD计算及操纵性预报

以微小型水下机器人为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)数值模拟方法开展机器人阻力的数值模拟,并将摩擦阻力因数Cf与第8届ITTC推荐值进行对比验证,提出一种无动力带桨水下机器人水动力参数CFD计算方法。利用此方法,基于航行力学基本原理,采用定常计算方法开展微小型水下机器人斜航、操舵直航试验数值模拟,采用全局网格运动方法开展回转拘束模型试验数值模拟,获取机器人位置导数、舵导数和旋转导数,并完成该机器人的操纵性能预报,为机器人的总体设计和控制参数的选取奠定基础。

土壤非饱和导水率模型中参数的敏感性分析

针对邵明安根据再分布过程得出的非饱和导水率模型,对其中参数的敏感性进行分析,通过实测资料计算非饱和导水率对不同参数的敏感度,对比参数对非饱和导水率的影响程度。研究表明采用线性关系表示土壤湿润剖面的平均湿度和湿润锋处湿度之间的关系时,非饱和导水率对参数的敏感性比其他参数高得多。